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KR20230042569A - Semiconductor device - Google Patents

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KR20230042569A
KR20230042569A KR1020220115545A KR20220115545A KR20230042569A KR 20230042569 A KR20230042569 A KR 20230042569A KR 1020220115545 A KR1020220115545 A KR 1020220115545A KR 20220115545 A KR20220115545 A KR 20220115545A KR 20230042569 A KR20230042569 A KR 20230042569A
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KR
South Korea
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wiring
drain
source
connection wiring
granular
Prior art date
Application number
KR1020220115545A
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Korean (ko)
Inventor
야스유끼 모리시따
Original Assignee
르네사스 일렉트로닉스 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 르네사스 일렉트로닉스 가부시키가이샤 filed Critical 르네사스 일렉트로닉스 가부시키가이샤
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Abstract

The present invention relates to technology capable of improving heat dissipation performance or discharge performance of a protection device (protection circuit) for a surge of long pulse width. A semiconductor device includes a protection device configured by a MOSFET. The protection device has a multi-layer metal wiring structure. The multi-layer metal wiring structure includes a drain connection wire connected to a drain area of the MOSFET and a source connection wire connected to a source area of the MOSFET. For places in which the drain connection wire and the source connection wire co-exist in the same layer of the multi-layer metal wiring structure, any one of the drain connection wires or the source connection wire is formed in a granular layout shape.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}Semiconductor device {SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 개시는, 반도체 장치에 관한 것이며, 서지 펄스에 대한 보호 소자(보호 회로)를 구비한 반도체 장치에 적용하기에 유효한 기술이다.The present disclosure relates to a semiconductor device, and is a technique effective for application to a semiconductor device equipped with a protection element (protection circuit) against a surge pulse.

반도체 장치는, 서지 펄스에 대한 보호 소자를 구비하고 있다. 이러한 종류의 반도체 장치의 제안으로서, 예를 들어 일본 특허 공개 제2020-161721호 공보가 있다.A semiconductor device is equipped with a protection element against a surge pulse. As a proposal of this type of semiconductor device, there is, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-161721.

일본 특허 공개 제2020-161721호 공보Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-161721

차량 탑재용 전자 제어 유닛(ECU)에 탑재되는 반도체 장치에서는, ESD(Electro-Static Discharge: 정전기 방전·서지) 펄스보다도 시간축이 긴 서지 펄스 폭으로 시험이 행해지고 있다. 민생용 반도체 장치에 있어서도, 장펄스 내성을 강하게 할 것이 요구되고 있다.In a semiconductor device mounted in an on-vehicle electronic control unit (ECU), a test is performed with a surge pulse width longer in time axis than an ESD (Electro-Static Discharge: Electrostatic Discharge/Surge) pulse. Also in consumer semiconductor devices, there is a demand for strengthening long pulse resistance.

본 개시의 과제는, 장펄스 폭의 서지에 대한 보호 소자(보호 회로)의 방전 성능 또는 방열 성능을 향상시키는 것이 가능한 기술을 제공하는 것에 있다.An object of the present disclosure is to provide a technique capable of improving the discharge performance or heat dissipation performance of a protection element (protection circuit) against surges with a long pulse width.

그 밖의 과제와 신규 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백하게 될 것이다.Other problems and novel features will become clear from the description of the present specification and accompanying drawings.

본 개시 중 대표적인 것의 개요를 간단하게 설명하면 하기와 같다.A brief outline of representative ones of the present disclosure is as follows.

일 실시 형태에 관한 반도체 장치는, MOSFET에 의해 구성되는 보호 소자를 갖고, 보호 소자는 다층의 메탈 배선 구조를 갖는다. 다층의 메탈 배선 구조는, MOSFET의 드레인 영역에 접속된 드레인 접속 배선과, MOSFET의 소스 영역에 접속된 소스 접속 배선을 포함한다. 다층의 메탈 배선 구조의 동층(同層) 레이어에 있어서, 드레인 접속 배선과 소스 접속 배선이 공존하는 개소에 있어서, 드레인 접속 배선 또는 소스 접속 배선 중 어느 쪽인가 한쪽이 입상의 레이아웃 형상으로 되어 있다.A semiconductor device according to one embodiment includes a protection element constituted by a MOSFET, and the protection element has a multilayer metal wiring structure. The multi-layer metal wiring structure includes a drain connection wiring connected to the drain region of the MOSFET and a source connection wiring connected to the source region of the MOSFET. In the same layer of the multi-layered metal wiring structure, at a location where the drain connection wiring and the source connection wiring coexist, one of the drain connection wiring and the source connection wiring has a granular layout shape.

상기 일 실시 형태에 관한 반도체 장치에 의하면, 장펄스 폭의 서지에 대한 보호 회로의 방전 성능 또는 방열 성능을 향상시킬 수 있다.According to the semiconductor device according to the above embodiment, it is possible to improve the discharge performance or heat dissipation performance of the protective circuit against long pulse width surges.

도 1은 비교예에 관한 보호 회로의 레이아웃을 설명하는 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선을 따르는 보호 회로의 단면도이다.
도 3은 실시예 1에 관한 보호 회로의 레이아웃을 설명하는 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A'선을 따르는 보호 회로의 단면도이다.
도 5는 도 3의 B-B'선을 따르는 보호 회로의 단면도이다.
도 6은 실시예 2에 관한 보호 회로의 레이아웃을 설명하는 평면도이다.
도 7은 도 6의 A-A'선을 따르는 보호 회로의 단면도이다.
도 8은 도 6의 B-B'선을 따르는 보호 회로의 단면도이다.
도 9는 실시예 3에 관한 보호 회로의 레이아웃에 있어서, 제2 배선층 M2의 배치예를 설명하는 평면도이다.
도 10은 실시예 3에 관한 보호 회로의 레이아웃에 있어서, 제3 배선층 M3의 배치예를 설명하는 평면도이다.
도 11은 도 9의 A-A'선을 따르는 보호 회로의 단면도이다.
도 12는 도 10의 B-B'선을 따르는 보호 회로의 단면도이다.
도 13은 서지 펄스 폭이 민생용 반도체 장치의 서지 시험 범위인 경우의 실리콘 면적이 다른 보호 소자에서 파괴 전력을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는 서지 펄스 폭이 차량 탑재용 반도체 장치의 서지 시험 범위인 경우의 실리콘 면적이 다른 보호 소자에서 파괴 전력을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a plan view illustrating the layout of a protection circuit according to a comparative example.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the protection circuit taken along line A-A' in FIG. 1 .
3 is a plan view explaining the layout of the protection circuit according to the first embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the protection circuit taken along the line A-A' of FIG. 3 .
FIG. 5 is a cross-sectional view of the protection circuit taken along line BB′ of FIG. 3 .
6 is a plan view explaining the layout of the protection circuit according to the second embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the protection circuit taken along line A-A' of FIG. 6 .
FIG. 8 is a cross-sectional view of the protection circuit taken along line BB′ of FIG. 6 .
Fig. 9 is a plan view illustrating an arrangement example of the second wiring layer M2 in the layout of the protection circuit according to the third embodiment.
Fig. 10 is a plan view illustrating an arrangement example of the third wiring layer M3 in the layout of the protection circuit according to the third embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view of the protection circuit taken along line A-A' of FIG. 9 .
FIG. 12 is a cross-sectional view of the protection circuit taken along line BB′ of FIG. 10 .
13 is a graph showing the results of measuring breakdown power in protection devices having different silicon areas when the surge pulse width is within the range of a surge test of a consumer semiconductor device.
14 is a graph showing the results of measuring breakdown power in protection elements having different silicon areas when the surge pulse width is within the range of a surge test of a vehicle-mounted semiconductor device.

이하, 비교예, 실시 형태, 및, 실시예에 대하여, 도면을 사용하여 설명한다. 단, 이하의 설명에 있어서, 동일 구성 요소에는 동일 부호를 붙이고 반복 설명을 생략하는 경우가 있다. 또한, 도면은 설명을 보다 명확하게 하기 위해, 실제의 양태에 비해, 모식적으로 표시되는 경우가 있지만, 어디까지나 일례이며, 본 발명의 해석을 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, comparative examples, embodiments, and examples will be described using drawings. However, in the following description, the same reference numerals are given to the same constituent elements, and repetitive explanations are omitted in some cases. In addition, in order to make description clearer, although there may be cases where drawings are schematically displayed compared to actual embodiments, they are examples only and do not limit the interpretation of the present invention.

실시 형태를 설명하기 전에, 먼저, 도 1 및 도 2를 사용하여, 비교예에 관한 보호 회로의 레이아웃의 구성예에 대하여 설명한다. 도 1은 비교예에 관한 보호 회로의 레이아웃을 설명하는 평면도이다. 도 2는 도 1의 A-A'선을 따르는 보호 회로의 단면도이다. 도 1에는, 보호 회로의 배선 레이아웃에 있어서, 제2 배선층 M2에 의해 구성된 배선 M21과 제3 배선층 M3에 의해 구성된 배선 M31이 도시되어 있다.Before describing the embodiments, first, a configuration example of a layout of a protection circuit according to a comparative example will be described using FIGS. 1 and 2 . 1 is a plan view illustrating the layout of a protection circuit according to a comparative example. FIG. 2 is a cross-sectional view of the protection circuit taken along line A-A' in FIG. 1 . 1 shows a wiring M21 composed of the second wiring layer M2 and a wiring M31 composed of the third wiring layer M3 in the wiring layout of the protection circuit.

도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 보호 회로(2r)를 구성하는 MOS 보호 소자(3r)는, 게이트 전극 G, 소스 영역 S, 및, 드레인 영역 D를 갖는다. 소스 영역 S 및 드레인 영역 D는 실리콘제의 반도체 기판(SiSub)(1r)에 형성되고, 게이트 전극 G는 반도체 기판(1r)의 표면에 형성된 게이트 산화막(도시하지 않음)의 상측에 형성되어 있다.1 and 2, the MOS protection element 3r constituting the protection circuit 2r has a gate electrode G, a source region S, and a drain region D. The source region S and the drain region D are formed on a semiconductor substrate (SiSub) 1r made of silicon, and the gate electrode G is formed on the upper side of a gate oxide film (not shown) formed on the surface of the semiconductor substrate 1r.

소스 영역 S는, 제1 비아 전극 V1, 제1 배선층 M1로 구성된 제1 배선 M11, 제2 비아 전극 V2, 제2 배선층 M2로 구성된 제2 배선 M21, 제3 비아 전극 V3, 제3 배선층 M3으로 구성된 제3 배선 M31, 및, 제4 비아 전극 V4를 통해, 제4 배선층 M4로 구성된 제4 배선 M41에 전기적으로 접속되어 있다. 제4 배선 M41은, 버스 배선으로 바꿔 말할 수 있다.The source region S is composed of the first via electrode V1, the first wiring M11 composed of the first wiring layer M1, the second via electrode V2, the second wiring M21 composed of the second wiring layer M2, the third via electrode V3, and the third wiring layer M3. It is electrically connected to the fourth wiring M41 composed of the fourth wiring layer M4 via the constructed third wiring M31 and the fourth via electrode V4. The fourth wiring M41 can be referred to as a bus wiring.

드레인 영역 D는, 제1 비아 전극 V1, 제1 배선 M11, 제2 비아 전극 V2, 제2 배선 M21, 제3 비아 전극 V3을 통해, 제3 배선 M31에 전기적으로 접속되어 있다. 드레인 영역 D가 접속되는 제2 배선 M21과 제3 배선 M31은 패드 전극 PAD에 접속되어 있다. 제1 비아 전극 V1은, 콘택트 전극으로 바꿔 말하는 것도 가능하다.The drain region D is electrically connected to the third wiring M31 through the first via electrode V1, the first wiring M11, the second via electrode V2, the second wiring M21, and the third via electrode V3. The second wiring M21 and the third wiring M31 to which the drain region D is connected are connected to the pad electrode PAD. The first via electrode V1 can also be referred to as a contact electrode.

제1 내지 제4 배선 M11 내지 M41, 및, 제1 내지 제4 비아 전극 V1 내지 V4는, 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속으로 구성된다. 제1 내지 제4 배선 M11 내지 M41, 및, 제1 내지 제4 비아 전극 V1 내지 V4는, 열전도율이 비교적 낮은 절연막(예를 들어, 실리콘 산화막 SiO2 등)(4r)에 의해 덮인다.The first to fourth wirings M11 to M41 and the first to fourth via electrodes V1 to V4 are made of a metal such as copper (Cu) or aluminum (Al). The first to fourth wirings M11 to M41 and the first to fourth via electrodes V1 to V4 are covered with an insulating film (eg, silicon oxide film SiO 2 ) 4r having a relatively low thermal conductivity.

도 1에 도시한 바와 같이, 서지 펄스가 패드 전극 PAD에 인가되면, 점선의 화살표로 나타내는 서지 전류 Is가 흐른다. MOS 보호 소자(3r)가 N형 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)인 경우, 제4 배선 M41은 접지 전위(제1 참조 전위) GND이다. 한편, MOS 보호 소자(3r)가 P형 MOSFET인 경우, 제4 배선 M41은 전원 전위(제2 참조 전위) VDD이다(VDD>GND).As shown in Fig. 1, when a surge pulse is applied to the pad electrode PAD, a surge current Is indicated by a dotted line arrow flows. When the MOS protection element 3r is an N-type MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor), the fourth wiring M41 is the ground potential (first reference potential) GND. On the other hand, when the MOS protection element 3r is a P-type MOSFET, the fourth wiring M41 is the power source potential (second reference potential) VDD (VDD>GND).

도 13, 도 14는, 실리콘 면적이 다른 보호 소자(N형 MOSFET)에서 파괴 전력을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 13은 서지 펄스 폭이 민생용 반도체 장치의 서지 시험 범위인 경우의 측정 결과를 나타내고, 도 14는 서지 펄스 폭이 차량 탑재용 반도체 장치의 서지 시험 범위인 경우의 측정 결과를 나타내고 있다. 도 13, 도 14에 있어서, 종축은 단위 Si 면적당의 파괴 전력 Pf(W), 횡축은 서지 펄스의 펄스 폭(sec)을 나타낸다. Si 면적에 대해서는, 5V-NA는 소(×1), 5V-NB는 중(×2), 5V-NC는 대(×3)로 하고 있다. 또한, 드레인(D)측의 메탈 배선 개수에 대해서는, 5V-NA는 28개, 5V-NB는 44개, 5V-NC는 56개로 하고 있다. 여기서, 차량 탑재용 반도체 장치의 서지 시험(ECU 서지 시험이라고도 함)에서는, 시험 전압: -150V, 펄스 폭: 2ms, 에너지: 250mJ, 혹은, 시험 전압: +112V, 펄스 폭: 50μs, 에너지: 20mJ 등의 시험이 있다. 민생용 반도체 장치의 서지 시험에서는, 시험 전압: +/-2kV, 펄스 폭: 150ns, 에너지: 800nJ 등의 시험이 있다.13 and 14 are graphs showing the results of measuring breakdown power in protection elements (N-type MOSFETs) having different silicon areas. Fig. 13 shows measurement results when the surge pulse width is within the surge test range of a consumer semiconductor device, and Fig. 14 shows measurement results when the surge pulse width is within the surge test range of a vehicle-mounted semiconductor device. 13 and 14, the vertical axis represents the breakdown power Pf (W) per unit Si area, and the horizontal axis represents the surge pulse pulse width (sec). Regarding the Si area, 5V-NA is small (×1), 5V-NB is medium (×2), and 5V-NC is large (×3). The number of metal wires on the drain (D) side is 28 for 5V-NA, 44 for 5V-NB, and 56 for 5V-NC. Here, in the surge test of the vehicle-mounted semiconductor device (also referred to as ECU surge test), test voltage: -150V, pulse width: 2ms, energy: 250mJ, or test voltage: +112V, pulse width: 50μs, energy: 20mJ There are tests such as In the surge test of consumer semiconductor devices, there are tests such as test voltage: +/-2 kV, pulse width: 150 ns, energy: 800 nJ.

도 13에 도시한 바와 같이, 민생용 반도체 장치의 ESD(Electro-Static Discharge: 정전기 방전·서지) 시험에 있어서의 서지 펄스의 시간 영역 TESD에서는, 단위 Si 면적당의 보호 성능은, 5V-NA, 5V-NB, 및 5V-NC에 있어서, 거의 동일하다.As shown in FIG. 13, in the time domain TESD of surge pulses in ESD (Electro-Static Discharge: Electrostatic Discharge/Surge) tests of consumer semiconductor devices, the protection performance per unit Si area is 5V-NA, 5V For -NB, and 5V-NC, they are almost the same.

한편, 도 14에 도시한 바와 같이, ECU 서지 시험에 있어서의 서지 펄스의 시간 영역 TECU에서는, 서지 펄스의 펄스 폭이 20μs 이상으로 되면, 드레인측의 메탈 배선의 개수에 기인한 보호 성능차가 출현하였다. 즉, 펄스 폭이 20μs 이상에 있어서, 드레인(D)측의 메탈 배선의 개수가 많을수록, 파괴 전력 Pf에 대한 성능이 저하되고, 파괴 전력 Pf의 값은, 5V-NA>5V-NB>5V-NC의 관계가 되는 것을 알 수 있었다.On the other hand, as shown in FIG. 14, in the time domain TECU of the surge pulse in the ECU surge test, when the pulse width of the surge pulse became 20 μs or more, a difference in protection performance due to the number of metal wires on the drain side appeared. . That is, when the pulse width is 20 μs or more, as the number of metal wires on the drain (D) side increases, the performance with respect to breakdown power Pf decreases, and the value of breakdown power Pf is 5V-NA > 5V-NB > 5V- It was understood that it was related to NC.

정리하면, 이하와 같이 말할 수 있다. (1) 반도체 장치에 형성되는 반도체 디바이스의 미세화, 메탈 배선의 다층화에 수반하여, 긴 펄스 폭의 서지에 대하여, 메탈 배선의 발열 영향에 의한 보호 소자의 성능 저하가 현저해진다. (2) 협피치의 메탈 배선 영역에 있어서, 실리콘 산화막 SiO2 등의 열전도율이 낮은 층간 절연막(4r)에 메탈 배선층(M11 내지 M41, V1 내지 V4)이 덮이기 때문에, 인접 배선간에서 열이 축적되는 것이, 보호 소자의 성능 저하의 주요인이다. 또한, 구리(Cu)의 열전도율은 403(W/m·K)이며, 알루미늄(Al)의 열전도율은 236(W/m·K)이다. 한편, 실리콘(Si)의 열전도율은 160(W/m·K)이며, 실리콘 산화막 SiO2의 열전도율은 1.3(W/m·K)이다. (3) 배선 피치(배선간 스페이스)를 확대하면, 메탈 배선(M11 내지 M41 등) 간에서 축열되는 영향을 저감할 수 있지만, 보호 소자의 Si 면적이 커져, 반도체 장치의 칩 비용이 증대된다는 문제가 있다.In summary, it can be said as follows. (1) With miniaturization of semiconductor devices formed in semiconductor devices and multilayering of metal wiring, performance degradation of protection elements due to heat generation effect of metal wiring becomes significant against surges with long pulse widths. (2) In the narrow-pitch metal wiring region, since the metal wiring layers M11 to M41 and V1 to V4 are covered with an interlayer insulating film 4r having low thermal conductivity, such as a silicon oxide film SiO 2 , heat is accumulated between adjacent wirings. It is the main cause of the performance degradation of a protection element. In addition, the thermal conductivity of copper (Cu) is 403 (W/m·K), and the thermal conductivity of aluminum (Al) is 236 (W/m·K). On the other hand, the thermal conductivity of silicon (Si) is 160 (W/m·K), and the thermal conductivity of silicon oxide film SiO 2 is 1.3 (W/m·K). (3) Increasing the wiring pitch (inter-wiring space) can reduce the effect of heat storage between the metal wirings (M11 to M41, etc.), but the Si area of the protection element increases, which increases the chip cost of the semiconductor device. there is

(실시 형태)(Embodiment)

이상에서 설명한 과제를 해결하기 위해, 본 개시의 실시 형태에 관한 보호 소자(3)는 이하의 구성으로 된다.In order to solve the problems described above, the protection element 3 according to the embodiment of the present disclosure has the following configuration.

반도체 기판(SiSub)의 일주면 상에 형성되는 보호 소자(3)는, 긴 서지 펄스 폭(예를 들어, 수십μs 이상)에 대한 서지 내성을 향상시키기 위해, (여기에서는, 보호 소자(3)가 MOSFET인 경우를 설명함) 보호 소자(3)에 접속하는 메탈 배선(M1d 내지 M4d, M1s 내지 M3s)의 형상에 있어서, 패드 전극 PAD와 보호 소자(3)의 드레인 영역 D 사이에 접속되는 다층의 제1 접속 배선(예를 들어, 드레인 접속 배선이라고도 함)과, 보호 소자(3)의 소스 영역 S와 접지 전위 GND 또는 전원 전위 VDD가 공급되는 버스 배선(M41) 사이에 접속되는 다층의 제2 접속 배선(예를 들어, 소스 접속 배선이라고도 함)이 인접하는 동층 레이어에 있어서, 패드 전극 PAD에 대한 접속 배선(제1 접속 배선) 또는 버스 배선 M41에 대한 접속 배선(제2 접속 배선) 중 어느 쪽인가 한쪽이, 입상의 레이아웃 배치로 되어 있다.The protection element 3 formed on one surface of the semiconductor substrate SiSub is to improve surge resistance against a long surge pulse width (eg, several tens of μs or more) (here, the protection element 3) In the shape of the metal wirings M1d to M4d and M1s to M3s connected to the protection element 3, the multi-layer connection between the pad electrode PAD and the drain region D of the protection element 3 is described. A first connection wire (for example, also referred to as a drain connection wire) of the multi-layered first connection wire connected between the source region S of the protection element 3 and the bus wire M41 to which the ground potential GND or power supply potential VDD is supplied. In the copper layer in which two connection wires (for example, also referred to as source connection wires) are adjacent, of the connection wire to the pad electrode PAD (first connection wire) or the connection wire to the bus wire M41 (second connection wire) One or the other has a granular layout arrangement.

상기 레이아웃 배치에 의하면, 보호 소자(3)의 Si 면적을 증가시키지 않고, 메탈 배선의 밀도를 저감할 수 있다. 메탈 배선의 밀도를 저감할 수 있으므로, 메탈 배선 영역의 발열에 수반되는, 층간 절연막의 축열에 의한 악영향을 피할 수 있다. 이에 의해, 장펄스 폭의 서지에 대한 보호 소자(3)의 방전 성능 혹은 방열 성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 펄스 폭 50μs의 서지 시험에 있어서는, 비교예(도 1, 도 2 참조)와 비교하여, 단위 Si 면적당의 서지 내성을, 1.5배 내지 2.0배로 향상시키는 것이 가능해진다.According to the layout arrangement described above, the density of the metal wiring can be reduced without increasing the Si area of the protection element 3 . Since the density of the metal wiring can be reduced, adverse effects due to heat storage in the interlayer insulating film accompanying heat generation in the metal wiring region can be avoided. Thereby, the discharge performance or heat dissipation performance of the protection element 3 against the surge of a long pulse width can be improved. For example, in a surge test with a pulse width of 50 μs, it becomes possible to improve the surge resistance per unit Si area by 1.5 to 2.0 times compared to the comparative example (see FIGS. 1 and 2).

보호 소자(3)가, 다이오드(Diode), 사이리스터(SCR: Silicon Controlled Rectifier: 실리콘 제어 정류자)에 의해 구성되는 보호 소자(3)인 경우, 드레인 접속 배선, 소스 접속 배선은 애노드 접속 배선, 캐소드 접속 배선으로 바꿔 말할 수 있다. 애노드 접속 배선은, 다이오드 및 사이리스터의 애노드 영역에 접속되고, 캐소드 접속 배선은 다이오드 및 사이리스터의 캐소드 영역에 접속된다.When the protection element 3 is the protection element 3 constituted by a diode and a thyristor (SCR: Silicon Controlled Rectifier: Silicon Controlled Rectifier), the drain connection wiring and the source connection wiring are the anode connection wiring and the cathode connection. It can be said in terms of wiring. The anode connection wiring is connected to the anode regions of the diode and the thyristor, and the cathode connection wiring is connected to the cathode regions of the diode and the thyristor.

이하, 도면을 사용하여, 각 실시예를 설명한다.Hereinafter, each embodiment is described using drawings.

[실시예 1][Example 1]

다음에, 도 3 내지 도 5를 사용하여, 실시예 1에 관한 보호 회로(2)의 레이아웃의 구성예에 대하여 설명한다. 도 3은 실시예 1에 관한 보호 회로의 레이아웃을 설명하는 평면도이다. 도 4는 도 3의 A-A'선을 따르는 보호 회로의 단면도이다. 도 5는 도 3의 B-B'선을 따르는 보호 회로의 단면도이다. 도 3에는, 보호 회로의 배선 레이아웃에 있어서, 제2 배선층 M2에 의해 구성된 배선 M2s, M2d, M2p가 도시되어 있다.Next, an example of the layout of the protection circuit 2 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 5 . 3 is a plan view explaining the layout of the protection circuit according to the first embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional view of the protection circuit taken along the line A-A' of FIG. 3 . FIG. 5 is a cross-sectional view of the protection circuit taken along line BB′ of FIG. 3 . 3 shows wirings M2s, M2d, and M2p constituted by the second wiring layer M2 in the wiring layout of the protection circuit.

실시예 1에서는, MOSFET에 의해 구성되는 보호 소자(3)의 메탈 배선 구조에 있어서, 제2 배선층 M2에 의해 구성되는 제2 소스 배선 M2s만을 입상으로 하고 있다. 제2 소스 배선 M2s가 입상의 레이아웃 배치로 되어 있다. 바꿔 말하면, 제2 소스 배선 M2s가 도트상(점상)으로 레이아웃되어 있어, 점재되어 있다.In Example 1, in the metal wiring structure of the protection element 3 composed of MOSFETs, only the second source wiring M2s composed of the second wiring layer M2 is used as a granular phase. The second source wiring M2s is in a granular layout arrangement. In other words, the second source wiring M2s is laid out in a dot shape (dot shape) and is interspersed.

도 3, 도 4, 도 5에 도시한 바와 같이, 보호 회로(2)를 구성하는 MOS 보호 소자(3)는, 게이트 전극 G, 소스 영역 S, 및, 드레인 영역 D를 갖는다. 소스 영역 S 및 드레인 영역 D는 실리콘제의 반도체 기판(SiSub)(1)에 형성되고, 게이트 전극 G는 반도체 기판(1)의 일주면 상(표면)에 형성된 게이트 산화막(도시하지 않음)의 상측에 형성되어 있다.3, 4, and 5, the MOS protection element 3 constituting the protection circuit 2 has a gate electrode G, a source region S, and a drain region D. The source region S and the drain region D are formed on a semiconductor substrate (SiSub) 1 made of silicon, and the gate electrode G is on the upper side of a gate oxide film (not shown) formed on one main surface of the semiconductor substrate 1 (surface). is formed in

드레인 영역 D는, 제1 드레인 비아 전극 V1d, 제1 배선층 M1로 구성된 제1 드레인 배선 M1d, 제2 드레인 비아 전극 V2d, 제2 배선층 M2로 구성된 제2 드레인 배선 M2d, 제3 드레인 비아 전극 V3d를 통해, 제3 배선층 M3으로 구성된 제3 드레인 배선 M3d에 전기적으로 접속되어 있다. 드레인 영역 D가 접속되는 제2 드레인 배선 M2d와 제3 드레인 배선 M3d는 패드 전극 PAD에 접속되어 있다. 패드 전극 PAD는, 제2 배선층 M2로부터 형성된 제2 패드 배선 M2p에 의해 구성되어 있다. 제1 드레인 비아 전극 V1은, 콘택트 전극으로 바꿔 말하는 것도 가능하다. 패드 전극 PAD와 보호 소자(3)의 드레인 영역 D 사이에 접속되는 다층의 제1 접속 배선(드레인 접속 배선이라고도 함)은, 제1 드레인 비아 전극 V1d, 제1 드레인 배선 M1d, 제2 드레인 비아 전극 V2d, 제2 드레인 배선 M2d, 제3 드레인 비아 전극 V3d, 및 제3 드레인 배선 M3d로 된다.The drain region D includes the first drain via electrode V1d, the first drain wiring M1d composed of the first wiring layer M1, the second drain via electrode V2d, the second drain wiring M2d composed of the second wiring layer M2, and the third drain via electrode V3d. Through this, it is electrically connected to the third drain wiring M3d composed of the third wiring layer M3. The second drain wiring M2d and the third drain wiring M3d to which the drain region D is connected are connected to the pad electrode PAD. The pad electrode PAD is constituted by the second pad wiring M2p formed from the second wiring layer M2. The first drain via electrode V1 can also be referred to as a contact electrode. A multilayer first connection wiring (also referred to as a drain connection wiring) connected between the pad electrode PAD and the drain region D of the protection element 3 includes a first drain via electrode V1d, a first drain wiring M1d, and a second drain via electrode V2d, the second drain wire M2d, the third drain via electrode V3d, and the third drain wire M3d.

소스 영역 S는, 제1 소스 비아 전극 V1s, 제1 배선층 M1로 구성된 제1 소스 배선 M1s, 제2 소스 비아 전극 V2s, 제2 배선층 M2로 구성된 제2 소스 배선 M2s, 제3 소스 비아 전극 V3s, 제3 배선층 M3으로 구성된 제3 소스 배선 M3s, 및, 제4 소스 비아 전극 V4s를 통해, 제4 배선층 M4로 구성된 제4 배선 M41에 전기적으로 접속되어 있다. 제4 배선 M41은, 버스 배선으로 바꿔 말할 수 있다. 보호 소자(3)의 소스 영역 S와 접지 전위 GND 또는 전원 전위 VDD가 공급되는 버스 배선(M41) 사이에 접속되는 다층의 제2 접속 배선(소스 접속 배선이라고도 함)은, 제1 소스 비아 전극 V1s, 제1 소스 배선 M1s, 제2 소스 비아 전극 V2s, 제2 소스 배선 M2s, 제3 소스 비아 전극 V3s, 제3 소스 배선 M3s, 및, 제4 소스 비아 전극 V4s로 된다.The source region S includes a first source via electrode V1s, a first source wiring M1s composed of the first wiring layer M1, a second source via electrode V2s, a second source wiring M2s composed of the second wiring layer M2, a third source via electrode V3s, It is electrically connected to the fourth wiring M41 composed of the fourth wiring layer M4 through the third source wiring M3s composed of the third wiring layer M3 and the fourth source via electrode V4s. The fourth wiring M41 can be referred to as a bus wiring. A multi-layered second connection wiring (also referred to as a source connection wiring) connected between the source region S of the protection element 3 and the bus wiring M41 to which the ground potential GND or power supply potential VDD is supplied is a first source via electrode V1s , the first source wiring M1s, the second source via electrode V2s, the second source wiring M2s, the third source via electrode V3s, the third source wiring M3s, and the fourth source via electrode V4s.

제1 배선 내지 제4 배선(M1s, M1d 내지 M3s, M3d, M41), 및, 제1 내지 제4 비아 전극(V1s, V1d 내지 V4s)은, 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속으로 구성되고, 실리콘 산화막 SiO2 등에 의해 구성된 열전도율이 비교적 낮은 절연막(4)에 의해 덮인다. 절연막(4)은, 제1 절연막(41), 제2 절연막(42), 제3 절연막(43), 제4 절연막(44), 제5 절연막(45)으로 구성된다.The first to fourth wirings M1s, M1d to M3s, M3d, and M41 and the first to fourth via electrodes V1s, V1d to V4s are made of a metal such as copper (Cu) or aluminum (Al). and covered by an insulating film 4 having a relatively low thermal conductivity composed of a silicon oxide film SiO 2 or the like. The insulating film 4 is composed of a first insulating film 41 , a second insulating film 42 , a third insulating film 43 , a fourth insulating film 44 , and a fifth insulating film 45 .

제1 절연막(41)은, 반도체 기판(1)의 주면에 형성된 소스 영역 S, 드레인 영역 D, 및 반도체 기판(1)의 주면 상에 형성된 게이트 산화막 상의 게이트 전극 G를 덮도록, 반도체 기판(1)의 주면 상에 형성되어 있다.The first insulating film 41 covers the source region S and the drain region D formed on the main surface of the semiconductor substrate 1 and the gate electrode G on the gate oxide film formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. ) is formed on the principal surface of

제1 비아 전극(V1s, V1d)은, 제1 절연막(41)에 마련된 스루홀(또는, 콘택트 홀이라고도 함) 내에 매립되어 있고, 소스 영역 S, 드레인 영역 D에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 배선(M1s, M1d)은, 제1 비아 전극(V1s, V1d)에 전기적으로 접속되도록, 제1 절연막(41) 상에 형성되어 있다. 제2 절연막(42)은, 제1 배선(M1s, M1d)을 덮도록, 제1 절연막(41) 상에 형성되어 있다.The first via electrodes V1s and V1d are buried in through holes (also referred to as contact holes) provided in the first insulating film 41 and are electrically connected to the source region S and the drain region D. The first wirings M1s and M1d are formed on the first insulating film 41 so as to be electrically connected to the first via electrodes V1s and V1d. The second insulating film 42 is formed on the first insulating film 41 so as to cover the first wirings M1s and M1d.

제2 비아 전극(V2s, V2d)은 제2 절연막(42)에 형성된 스루홀 내에 매립되어 있고, 제1 배선(M1s, M1d)에 전기적으로 접속되어 있다. 제2 배선(M2s, M2d)은, 제2 비아 전극(V2s, V2d)에 전기적으로 접속되도록, 제2 절연막(42) 상에 형성되어 있다. 제3 절연막(43)은, 제2 배선(M2s, M2d)을 덮도록, 제2 절연막(42) 상에 형성되어 있다.The second via electrodes V2s and V2d are buried in through holes formed in the second insulating film 42 and are electrically connected to the first wirings M1s and M1d. The second wirings M2s and M2d are formed on the second insulating film 42 so as to be electrically connected to the second via electrodes V2s and V2d. The third insulating film 43 is formed on the second insulating film 42 so as to cover the second wirings M2s and M2d.

제3 비아 전극(V3s, V3d)은 제3 절연막(43)에 형성된 스루홀 내에 매립되어 있고, 제2 배선(M2s, M2d)에 전기적으로 접속되어 있다. 제3 배선(M3s, M3d)은, 제3 비아 전극(V3s, V3d)에 전기적으로 접속되도록, 제3 절연막(43) 상에 형성되어 있다. 제4 절연막(44)은, 제3 배선(M3s, M3d)을 덮도록, 제3 절연막(43) 상에 형성되어 있다.The third via electrodes V3s and V3d are buried in the through holes formed in the third insulating film 43 and are electrically connected to the second wirings M2s and M2d. The third wirings M3s and M3d are formed on the third insulating film 43 so as to be electrically connected to the third via electrodes V3s and V3d. The fourth insulating film 44 is formed on the third insulating film 43 so as to cover the third wirings M3s and M3d.

제4 비아 전극(V4s)은 제4 절연막(44)에 형성된 스루홀 내에 매립되어 있고, 제3 배선(M3s)에 전기적으로 접속되어 있다. 제4 배선(M41)은, 제4 비아 전극(V4s)에 전기적으로 접속되도록, 제4 절연막(44) 상에 형성되어 있다. 제5 절연막(45)은, 제4 배선(M41)을 덮도록, 제4 절연막(44) 상에 형성되어 있다.The fourth via electrode V4s is buried in the through hole formed in the fourth insulating film 44 and is electrically connected to the third wire M3s. The fourth wiring M41 is formed on the fourth insulating film 44 so as to be electrically connected to the fourth via electrode V4s. The fifth insulating film 45 is formed on the fourth insulating film 44 so as to cover the fourth wiring M41.

여기서, 도 3에 도시한 바와 같이, 보호 소자(3)의 메탈 배선에 있어서, 제2 배선층 M2에 의해 구성되는 제2 소스 배선 M2s만을 입상으로 하고 있다. 즉, 제2 소스 배선 M2s가 입상의 레이아웃 배치로 되어 있다. 또는, 제2 소스 배선 M2s가 도트상(점상)으로 레이아웃되어 있어, 점재되어 있다.Here, as shown in Fig. 3, in the metal wiring of the protection element 3, only the second source wiring M2s constituted by the second wiring layer M2 is used as a granular phase. That is, the second source wiring M2s is arranged in a granular layout. Alternatively, the second source wiring M2s is laid out in a dot shape (dot shape) and is interspersed.

이에 의해, 보호 소자(3)의 Si 면적을 증가시키지 않고, 제2 배선층 M2에 의해 구성되는 제2 소스 배선 M2s만을 입상으로 하고 있으므로, 보호 소자(3)의 메탈 배선의 밀도를 저감할 수 있다. 메탈 배선의 밀도를 저감할 수 있으므로, 메탈 배선 영역의 발열에 수반되는, 층간 절연막의 축열에 의한 악영향을 피할 수 있다. 이에 의해, 장펄스 폭의 서지에 대한 보호 소자(3)의 방전 성능 혹은 방열 성능을 향상시킬 수 있다.As a result, since only the second source wiring M2s constituted by the second wiring layer M2 is granular without increasing the Si area of the protection element 3, the density of the metal wiring of the protection element 3 can be reduced. . Since the density of the metal wiring can be reduced, adverse effects due to heat storage in the interlayer insulating film accompanying heat generation in the metal wiring region can be avoided. Thereby, the discharge performance or heat dissipation performance of the protection element 3 against the surge of a long pulse width can be improved.

[실시예 2][Example 2]

다음에, 도 6 내지 도 8을 사용하여, 실시예 2에 관한 보호 회로(2)의 레이아웃의 구성예에 대하여 설명한다. 도 6은 실시예 2에 관한 보호 회로의 레이아웃을 설명하는 평면도이다. 도 7은 도 6의 A-A'선을 따르는 보호 회로의 단면도이다. 도 8은 도 6의 B-B'선을 따르는 보호 회로의 단면도이다. 도 6에는, 보호 회로의 배선 레이아웃에 있어서, 제2 배선층 M2에 의해 구성된 배선 M2s, M2d, M2p가 도시되어 있다. 도면의 간소화를 위해, 절연막(41, 42, 43, 44, 45)의 도시가 생략되어 있다.Next, an example of the layout of the protection circuit 2 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 8 . 6 is a plan view explaining the layout of the protection circuit according to the second embodiment. FIG. 7 is a cross-sectional view of the protection circuit taken along line A-A' of FIG. 6 . FIG. 8 is a cross-sectional view of the protection circuit taken along line BB′ of FIG. 6 . 6 shows wirings M2s, M2d, and M2p constituted by the second wiring layer M2 in the wiring layout of the protection circuit. For simplicity of drawing, illustration of the insulating films 41, 42, 43, 44, and 45 is omitted.

실시예 2에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, MOSFET에 의해 구성되는 보호 소자(3)의 메탈 배선에 있어서, 제2 배선층 M2에 의해 구성되는 제2 드레인 배선 M2d만을 입상으로 하고 있다(제2 드레인 배선 M2d가 입상의 레이아웃 배치로 되어 있다). 또는, 제2 드레인 배선 M2d가 도트상(점상)으로 레이아웃되어 있어, 점재되어 있다. 실시예 2의 그 밖의 구성은, 실시예 1과 마찬가지이므로, 중복되는 설명은 생략하는 것으로 한다.In Embodiment 2, as shown in Fig. 6, in the metal wiring of the protection element 3 composed of MOSFETs, only the second drain wiring M2d composed of the second wiring layer M2 is used as a granular phase (second wiring layer M2). The drain wiring M2d is in a granular layout arrangement). Alternatively, the second drain wiring M2d is laid out in a dot shape (dot shape) and is interspersed. Other configurations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment, and therefore, overlapping descriptions are omitted.

이와 같이, 보호 소자(3)의 Si 면적을 증가시키지 않고, 제2 배선층 M2에 의해 구성되는 제2 드레인 배선 M2d만을 입상으로 하고 있으므로, 보호 소자(3)의 메탈 배선의 밀도를 저감할 수 있다. 메탈 배선의 밀도를 저감할 수 있으므로, 메탈 배선 영역의 발열에 수반되는, 층간 절연막의 축열에 의한 악영향을 피할 수 있다. 이에 의해, 장펄스 폭의 서지에 대한 보호 소자(3)의 방전 성능 혹은 방열 성능을 향상시킬 수 있다.In this way, since only the second drain wiring M2d constituted by the second wiring layer M2 is made granular without increasing the Si area of the protection element 3, the density of the metal wiring of the protection element 3 can be reduced. . Since the density of the metal wiring can be reduced, adverse effects due to heat storage in the interlayer insulating film accompanying heat generation in the metal wiring region can be avoided. Thereby, the discharge performance or heat dissipation performance of the protection element 3 against the surge of a long pulse width can be improved.

[실시예 3][Example 3]

실시예 1은 제2 배선층 M2에 의해 구성되는 제2 소스 배선 M2s만을 입상으로 배치한 구성예이며, 실시예 2는 제2 배선층 M2에 의해 구성되는 제2 드레인 배선 M2d만을 입상으로 배치한 구성예이다. 실시예 3은, 제2 배선층 M2에 의해 구성되는 제2 드레인 배선 M2d를 입상으로 배치하고, 또한, 제3 배선층 M3에 의해 구성되는 제3 소스 배선 M3s를 입상으로 배치한 구성예이다.Embodiment 1 is a configuration example in which only the second source wiring M2s constituted by the second wiring layer M2 is arranged in a granular form, and Embodiment 2 is a configuration example in which only the second drain wiring M2d constituted by the second wiring layer M2 is arranged in a granular form. am. Embodiment 3 is a configuration example in which the second drain wiring M2d constituted by the second wiring layer M2 is arranged in a granular form, and further, the third source wiring M3s constituted by the third wiring layer M3 is arranged in a granular form.

도 9 내지 도 12를 사용하여, 실시예 3에 관한 보호 회로(2)의 레이아웃의 구성예에 대하여 설명한다. 도 9는 실시예 3에 관한 보호 회로의 레이아웃에 있어서, 제2 배선층 M2의 배치예를 설명하는 평면도이다. 도 10은 실시예 3에 관한 보호 회로의 레이아웃에 있어서, 제3 배선층 M3의 배치예를 설명하는 평면도이다. 도 11은 도 9의 A-A'선을 따르는 보호 회로의 단면도이다. 도 12는 도 10의 B-B'선을 따르는 보호 회로의 단면도이다. 도 9에는, 보호 회로(2)의 배선 레이아웃에 있어서, 제2 배선층 M2에 의해 구성된 배선 M2s, M2d, M2p가 도시되어 있다. 도 10에는, 보호 회로(2)의 배선 레이아웃에 있어서, 제3 배선층 M3에 의해 구성된 배선 M2s, M3d, M3p가 도시되어 있다. 도면의 간소화를 위해, 절연막(41, 42, 43, 44, 45 등)의 도시가 생략되어 있다.An example of the layout of the protection circuit 2 according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 12 . Fig. 9 is a plan view illustrating an arrangement example of the second wiring layer M2 in the layout of the protection circuit according to the third embodiment. Fig. 10 is a plan view illustrating an arrangement example of the third wiring layer M3 in the layout of the protection circuit according to the third embodiment. FIG. 11 is a cross-sectional view of the protection circuit taken along the line A-A' of FIG. 9 . FIG. 12 is a cross-sectional view of the protection circuit taken along line BB′ of FIG. 10 . 9 shows wirings M2s, M2d, and M2p constituted by the second wiring layer M2 in the wiring layout of the protection circuit 2. As shown in FIG. 10 shows wirings M2s, M3d, and M3p constituted by the third wiring layer M3 in the wiring layout of the protection circuit 2. For simplicity of drawing, illustration of the insulating films 41, 42, 43, 44, 45, etc. is omitted.

실시예 3이 실시예 1, 2와 다른 점은, 배선층으로서 제5 배선층 M5가 추가되어 있는 점, 보호 소자(3)의 소스 영역 S가 접속되는 접지 전위 GND 또는 전원 전위 VDD가 공급되는 버스 배선이 제5 배선층 M5에 의해 구성된 버스 배선 M51로 되어 있는 점이다. 이 때문에, 도 11, 도 12에 도시한 바와 같이, 소스 배선 M4s, 제5 비아 전극 V5s, 제4 비아 전극 V4d, 드레인 배선 M4d가 추가되어 있다.Embodiment 3 differs from Embodiments 1 and 2 in that a fifth wiring layer M5 is added as a wiring layer, and a bus wiring to which ground potential GND to which source region S of protection element 3 is connected or power source potential VDD is supplied is supplied. The point is that it is a bus wiring M51 constituted by this fifth wiring layer M5. For this reason, as shown in Figs. 11 and 12, a source wiring M4s, a fifth via electrode V5s, a fourth via electrode V4d, and a drain wiring M4d are added.

패드 전극 PAD와 보호 소자(3)의 드레인 영역 D 사이에 접속되는 다층의 제1 접속 배선(드레인 접속 배선이라고도 함)은, 제1 드레인 비아 전극 V1d, 제1 드레인 배선 M1d, 제2 드레인 비아 전극 V2d, 제2 드레인 배선 M2d, 제3 드레인 비아 전극 V3d, 제3 드레인 배선 M3d, 제4 드레인 비아 전극 V4d, 및, 제4 드레인 배선 M4d로 된다.A multilayer first connection wiring (also referred to as a drain connection wiring) connected between the pad electrode PAD and the drain region D of the protection element 3 includes a first drain via electrode V1d, a first drain wiring M1d, and a second drain via electrode V2d, second drain wiring M2d, third drain via electrode V3d, third drain wiring M3d, fourth drain via electrode V4d, and fourth drain wiring M4d.

보호 소자(3)의 소스 영역 S와 접지 전위 GND 또는 전원 전위 VDD가 공급되는 버스 배선(M51) 사이에 접속되는 다층의 제2 접속 배선(소스 접속 배선이라고도 함)은, 제1 소스 비아 전극 V1s, 제1 소스 배선 M1s, 제2 소스 비아 전극 V2s, 제2 소스 배선 M2s, 제3 소스 비아 전극 V3s, 제3 소스 배선 M3s, 및, 제4 소스 비아 전극 V4s, 제4 소스 배선 M4s, 제5 소스 비아 전극 V5s로 된다. 실시예 3의 그 밖의 구성은, 실시예 1, 2와 마찬가지이므로, 중복되는 설명은 생략하는 것으로 한다.A multi-layered second connection wiring (also referred to as a source connection wiring) connected between the source region S of the protection element 3 and the bus wiring M51 to which the ground potential GND or power source potential VDD is supplied is a first source via electrode V1s , the first source wire M1s, the second source via electrode V2s, the second source wire M2s, the third source via electrode V3s, the third source wire M3s, and the fourth source via electrode V4s, the fourth source wire M4s, the fifth It becomes the source via electrode V5s. Other configurations of Example 3 are the same as those of Embodiments 1 and 2, and therefore, overlapping descriptions are omitted.

실시예 3에서는, 도 9에 도시한 바와 같이, MOSFET에 의해 구성되는 보호 소자(3)의 메탈 배선에 있어서, 제2 배선층 M2에 의해 구성되는 드레인 배선 M2d를 입상으로 배치하고, 또는, 도 10에 도시한 바와 같이, MOSFET에 의해 구성되는 보호 소자(3)의 메탈 배선에 있어서, 제3 배선층 M3에 의해 구성되는 소스 배선 M3s를 입상으로 배치한다. 또한, 입상 레이아웃으로 된 드레인 접속 배선(M2d)과 입상 레이아웃으로 된 소스 접속 배선(M3s)은, 평면도 상에서, 교호 대각으로 배치되어 있다.In Example 3, as shown in Fig. 9, in the metal wiring of the protection element 3 constituted by MOSFET, the drain wiring M2d constituted by the second wiring layer M2 is disposed in a granular form, or, as shown in Fig. 10 As shown in , in the metal wiring of the protection element 3 composed of MOSFETs, the source wiring M3s composed of the third wiring layer M3 is arranged in a granular form. In addition, the drain connection wiring M2d in a granular layout and the source connection wiring M3s in a granular layout are alternately arranged diagonally on a plan view.

이와 같이, 보호 소자(3)의 Si 면적을 증가시키지 않고, 제2 배선층 M2에 의해 구성되는 드레인 배선 M2d를 입상으로 하고, 제3 배선층 M3에 의해 구성되는 소스 배선 M3s를 입상으로 하고 있으므로, 보호 소자(3)의 메탈 배선의 밀도를 저감할 수 있다. 메탈 배선의 밀도를 저감할 수 있으므로, 메탈 배선 영역의 발열에 수반되는, 층간 절연막의 축열에 의한 악영향을 피할 수 있다. 이에 의해, 장펄스 폭의 서지에 대한 보호 소자(3)의 방전 성능 혹은 방열 성능을 향상시킬 수 있다.In this way, without increasing the Si area of the protection element 3, the drain wiring M2d constituted by the second wiring layer M2 is made granular and the source wiring M3s constituted by the third wiring layer M3 is made granular. The density of the metal wiring of element 3 can be reduced. Since the density of the metal wiring can be reduced, adverse effects due to heat storage in the interlayer insulating film accompanying heat generation in the metal wiring region can be avoided. Thereby, the discharge performance or heat dissipation performance of the protection element 3 against the surge of a long pulse width can be improved.

또한, 짧은 펄스 폭의 서지(수μs 이하)에 대해서는, 방전 경로 전체의 임피던스 저감이 중요해지지만, 본 실시예 3과 같이, 드레인 배선이나 소스 배선을 균등하게 씨닝함으로써, 짧은 펄스 폭의 서지에 대해서도 보호 성능이 열화되는 일은 없다.Also, for surges with short pulse widths (several microseconds or less), it is important to reduce the impedance of the entire discharge path. There is no deterioration of protective performance.

(변형예)(modified example)

보호 소자(3)가, 다이오드(Diode), 사이리스터(SCR: Silicon Controlled Rectifier: 실리콘 제어 정류자)에 의해 구성되는 보호 소자인 경우, 드레인 접속 배선, 소스 접속 배선은 애노드 접속 배선, 캐소드 접속 배선으로 바꿔 말할 수 있다.When the protection element 3 is a protection element composed of a diode and a thyristor (SCR: Silicon Controlled Rectifier: Silicon Controlled Rectifier), drain connection wiring and source connection wiring are replaced with anode connection wiring and cathode connection wiring. I can tell you.

본 개시의 보호 소자(3)의 구성은, 이하와 같이 정리할 수 있다.The configuration of the protection element 3 of the present disclosure can be summarized as follows.

(1) 반도체 장치(또는 반도체 집적 회로)의 MOSFET에 의해 구성되는 보호 소자(3)는 다층의 메탈 배선 구조를 갖고, 다층의 메탈 배선 구조의 동층 레이어(예를 들어, 제2 배선층 M2 또는 제3 배선층 M3)에 드레인 접속 배선(M2d, M3d)과 소스 접속 배선(M2s, M3s)이 공존하는 개소에 있어서, 드레인 접속 배선(M2d, M3d) 또는 소스 접속 배선(M2s, M3s) 중 어느 쪽인가 한쪽이 입상의 레이아웃 형상으로 되어 있다.(1) The protection element 3 constituted by MOSFETs of a semiconductor device (or semiconductor integrated circuit) has a multi-layer metal wiring structure, and the same layer (for example, the second wiring layer M2 or the second wiring layer M2 or 3 In the location where the drain connection wires M2d and M3d and the source connection wires M2s and M3s coexist in the wiring layer M3, either the drain connection wires M2d or M3d or the source connection wires M2s or M3s One side has a granular layout shape.

(2) 상기 (1)에 있어서, 드레인 접속 배선(M2d), 소스 접속 배선(M3s)의 양자 모두 입상 레이아웃으로 되어 있고, 입상 레이아웃으로 된 드레인 접속 배선(M2d)과 입상 레이아웃으로 된 소스 접속 배선(M3s)은 다층의 메탈 배선 구조에 있어서 레이어(층)가 다르다(실시예 3, 도 9, 도 10 참조).(2) In the above (1), both the drain connection wire M2d and the source connection wire M3s are in a granular layout, and the drain connection wire M2d in the granular layout and the source connection wire in the granular layout (M3s) has a different layer (layer) in the multi-layer metal wiring structure (refer to Embodiment 3, Figs. 9 and 10).

(3) 상기 (2)에 있어서, 입상 레이아웃으로 된 드레인 접속 배선(M2d)과 입상 레이아웃으로 된 소스 접속 배선(M3s)은, 평면도 상에서, 교호 대각으로 배치되어 있다(도 9, 도 10 참조).(3) In the above (2), the drain connection wiring M2d in the granular layout and the source connection wiring M3s in the granular layout are alternately arranged diagonally in a plan view (see Figs. 9 and 10). .

(4) 반도체 장치(또는 반도체 집적 회로)의 다이오드에 의해 구성되는 보호 소자(3)는 다층의 메탈 배선 구조를 갖고, 다층의 메탈 배선 구조의 동층 레이어(예를 들어, 제2 배선층 M2 또는 제3 배선층 M3)에 애노드 접속 배선(M2d, M3d)과 캐소드 접속 배선(M2s, M3s)이 공존하는 개소에 있어서, 애노드 접속 배선(M2d, M3d) 또는 캐소드 접속 배선(M2s, M3s) 중 어느 쪽인가 한쪽이 입상의 레이아웃 형상으로 되어 있다.(4) The protection element 3 constituted by diodes of a semiconductor device (or semiconductor integrated circuit) has a multi-layered metal wiring structure, and the same layer (for example, the second wiring layer M2 or the second wiring layer M2 or 3 In the location where the anode connection wires M2d and M3d and the cathode connection wires M2s and M3s coexist in the wiring layer M3, either the anode connection wires M2d or M3d or the cathode connection wires M2s or M3s One side has a granular layout shape.

(5) 반도체 장치(또는 반도체 집적 회로)의 사이리스터에 의해 구성되는 보호 소자(3)는 다층의 메탈 배선 구조를 갖고, 다층의 메탈 배선 구조의 동층 레이어(예를 들어, 제2 배선층 M2 또는 제3 배선층 M3)에 애노드 접속 배선(M2d, M3d)과 캐소드 접속 배선(M2s, M3s)이 공존하는 개소에 있어서, 애노드 접속 배선(M2d, M3d) 또는 캐소드 접속 배선(M2s, M3s) 중 어느 쪽인가 한쪽이 입상의 레이아웃 형상으로 되어 있다.(5) The protection element 3 constituted by the thyristors of the semiconductor device (or semiconductor integrated circuit) has a multi-layered metal wiring structure, and the copper layer (for example, the second wiring layer M2 or the second wiring layer M2 or 3 In the location where the anode connection wires M2d and M3d and the cathode connection wires M2s and M3s coexist in the wiring layer M3, either the anode connection wires M2d or M3d or the cathode connection wires M2s or M3s One side has a granular layout shape.

이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시예에 기초하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은, 상기 실시 형태 및 실시예에 한정되는 것은 아니고, 다양하게 변경 가능한 것은 물론이다.In the above, the invention made by the present inventors has been specifically described based on examples, but the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various changes are possible, of course.

1: 반도체 기판
2: 보호 회로
3: 보호 소자
4: 절연막
M1 내지 M5: 제1 배선층 내지 제5 배선층
M41, M51: 버스 배선
M1d, M2d, M3d, M4d: 드레인 배선
V1d 내지 V5d: 드레인 비아 전극
M1s, M2s, M3s, M4s: 소스 배선
V1s 내지 V5s: 소스 비아 전극
1: semiconductor substrate
2: protection circuit
3: protection element
4: insulating film
M1 to M5: first to fifth wiring layers
M41, M51: Bus wiring
M1d, M2d, M3d, M4d: Drain wiring
V1d to V5d: drain via electrode
M1s, M2s, M3s, M4s: Source wiring
V1s to V5s: source via electrodes

Claims (5)

MOSFET에 의해 구성되는 보호 소자를 갖고, 상기 보호 소자는 다층의 메탈 배선 구조를 갖고, 상기 다층의 메탈 배선 구조는, 상기 MOSFET의 드레인 영역에 접속된 드레인 접속 배선과, 상기 MOSFET의 소스 영역에 접속된 소스 접속 배선을 포함하고, 상기 다층의 메탈 배선 구조의 동층 레이어에 있어서, 상기 드레인 접속 배선과 상기 소스 접속 배선이 공존하는 개소에 있어서, 상기 드레인 접속 배선 또는 상기 소스 접속 배선 중 어느 쪽인가 한쪽이 입상의 레이아웃 형상으로 되어 있는, 반도체 장치.A protection element constituted by a MOSFET, the protection element having a multi-layer metal wiring structure, the multi-layer metal wiring structure comprising: a drain connection wire connected to a drain region of the MOSFET and a source region of the MOSFET source connection wiring, wherein either the drain connection wiring or the source connection wiring is located at a location where the drain connection wiring and the source connection wiring coexist in the same layer of the multilayer metal wiring structure. A semiconductor device in this granular layout shape. 제1항에 있어서,
상기 드레인 접속 배선 및 상기 소스 접속 배선의 양자 모두 입상의 레이아웃 형상으로 되어 있고, 상기 입상의 레이아웃 형상으로 된 상기 드레인 접속 배선과 상기 입상의 레이아웃 형상으로 된 소스 접속 배선은, 상기 다층의 메탈 배선 구조에 있어서, 층이 다른, 반도체 장치.
According to claim 1,
Both the drain connection wiring and the source connection wiring are in a granular layout shape, and the drain connection wiring in the granular layout shape and the source connection wiring in the granular layout shape have the multilayer metal wiring structure The semiconductor device according to , wherein the layers are different.
제2항에 있어서,
상기 입상의 레이아웃 형상으로 된 상기 드레인 접속 배선과 상기 입상의 레이아웃 형상으로 된 소스 접속 배선은, 평면도 상에서, 교호 대각으로 배치되어 있는, 반도체 장치.
According to claim 2,
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the drain connection wiring in the granular layout shape and the source connection wiring in the granular layout shape are alternately arranged diagonally in a plan view.
다이오드에 의해 구성되는 보호 소자를 갖고, 상기 보호 소자는 다층의 메탈 배선 구조를 갖고, 상기 다층의 메탈 배선 구조는, 상기 다이오드의 애노드 영역에 접속된 애노드 접속 배선과, 상기 다이오드의 캐소드 영역에 접속된 캐소드 접속 배선을 포함하고, 상기 다층의 메탈 배선 구조의 동층 레이어에 있어서, 상기 애노드 접속 배선과 상기 캐소드 접속 배선이 공존하는 개소에 있어서, 상기 애노드 접속 배선 또는 상기 캐소드 접속 배선 중 어느 쪽인가 한쪽이 입상의 레이아웃 형상으로 되어 있는, 반도체 장치.A protection element constituted by a diode, the protection element having a multi-layered metal wiring structure, the multi-layered metal wiring structure having an anode connection wiring connected to an anode region of the diode and a cathode connection to a cathode region of the diode and, in a co-layer of the multilayer metal wiring structure, at a location where the anode connection wiring and the cathode connection wiring coexist, either one of the anode connection wiring or the cathode connection wiring is used. A semiconductor device in this granular layout shape. 사이리스터에 의해 구성되는 보호 소자를 갖고, 상기 보호 소자는 다층의 메탈 배선 구조를 갖고, 상기 다층의 메탈 배선 구조는, 상기 사이리스터의 애노드 영역에 접속된 애노드 접속 배선과, 상기 사이리스터의 캐소드 영역에 접속된 캐소드 접속 배선을 포함하고, 상기 다층의 메탈 배선 구조의 동층 레이어에 있어서, 상기 애노드 접속 배선과 상기 캐소드 접속 배선이 공존하는 개소에 있어서, 상기 애노드 접속 배선 또는 상기 캐소드 접속 배선 중 어느 쪽인가 한쪽이 입상의 레이아웃 형상으로 되어 있는, 반도체 장치.A protection element constituted by a thyristor, the protection element having a multi-layer metal wiring structure, the multi-layer metal wiring structure having an anode connection wire connected to an anode region of the thyristor and a cathode region of the thyristor and, in a co-layer of the multilayer metal wiring structure, at a location where the anode connection wiring and the cathode connection wiring coexist, either one of the anode connection wiring or the cathode connection wiring is used. A semiconductor device in this granular layout shape.
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